Sintonización de la frecuencia láser permitirá a los escáneres de aeropuertos analizar todo tipo de sustancias químicas

Durante más de 30 años, los científicos han estado tratando de aprovechar la potencia de la radiación por terahercio. Escondido entre las microondas y los rayos infrarrojos del espectro electromagnético, los rayos de terahercio pueden penetrar la ropa, plástico y tejidos humanos, siendo mucho más seguros que los rayos-x. Dado que son absorbidas en diversos grados por diferentes moléculas, pueden reconocer con total precisión todo tipo de productos químicos por separado. Un escáner por terahercio situado en los puestos de control del aeropuerto, por ejemplo, podría determinar si en el interior de una maleta cerrada hay aspirinas, metanfetaminas o un explosivo.

Sin embargo, las formas prácticas para generar rayos de terahercio han sido difíciles de encontrar. Los láseres de gas tradicionales pueden operar en la frecuencia correcta, pero son grandes, caros y requieren de un gran consumo en energía. Los láseres de semiconductores (del tipo que encontramos en un reproductor de DVD) son pequeños y baratos, pero difíciles de configurar fuera de un rango espectral limitado, para hacernos una idea, tan sólo hay que considerar el tiempo que fue requerido para llegar de los láseres infrarrojos de los reproductores de CD a los láseres azules de los discos de Blu-Ray.

En 1994, los investigadores de los Laboratorios Bell inventaron un nuevo tipo de láser semiconductor pequeño pero poderoso, llamado láser de cascada cuántica, y en 2002, fue demostrada su capacidad de operar a frecuencias de terahercio. Sin embargo, evaluar con precisión la composición química de un objeto requiere una exposición a un rango continuo de frecuencias, que son absorbidos en diferentes grados.

En un artículo que apareció en la más reciente edición de la revista Nature Photonics, Qing Hu, profesor de ingeniería electrónica del Instituto Tecnológico de Massachusetts, junto a sus colegas de investigación describen el método práctico primario para afinar los láseres de cascada cuántica por terahercio. Es más, el método es un enfoque totalmente nuevo para el ajuste de láseres que podría tener implicaciones en otras muchas tecnologías emergentes.

Un haz de luz que viaja por el espacio puede ser comprendido como una onda, que se ondula hacia arriba y abajo de forma indefinida hasta que golpea con un objeto físico. Pero cuando el mismo haz de luz es limitado, exhibe un patrón de campo electromagnético llamado “modo transversal”. El modo transversal es como otra onda que es perpendicular a la primera, excepto porque muere muy rápido (sus ondulaciones rápidamente se vuelven más pequeñas), ya que se aleja del haz de luz. De hecho, sus ondulaciones mueren tan rápido que se puede considerar simplemente como una ondulación de gran tamaño perpendicular al haz de luz, pero centrada en este.

La nueva técnica de ajuste desarrollada requiere de un tipo especial de láser de cascada cuántica llamado láser de alambre, donde la longitud de onda del modo transversal (la anchura de una gran ondulación) es mayor que el ancho del láser en sí. Llevar un bloque de otro material lo suficientemente cerca para que el láser deforme en modo transversal, provoca a su vez cambios en la longitud de onda de la luz emitida. En los experimentos, los ingenieros encontraron que un bloque de metal acorta la longitud de la onda de la luz, mientras que un bloque de silicio lo alarga. Variando la proximidad de los bloques también varía la amplitud del movimiento.

Los investigadores señalaron que la técnica podría aplicarse también a un nuevo tipo de láseres diminutos que podrían ser utilizados para escalas de detección extremadamente sensible. Normalmente, los láseres de luz visible no pueden ser menores que la longitud de onda que utiliza la luz, pero los investigadores han encontrado la manera de acercarse al límite fundamental mediante el uso de una partícula virtual llamada plasmón, que es como una onda que pasa por una nube de electrones. Además, algunos nuevos tipos de láseres de plasmones también podrían ser sintonizado a través de este tipo de manipulación en sus modos transversales.

En definitiva, esta nueva tecnología permitirá la detección de todo tipo de sustancias químicas, ofreciendo datos relativos a su composición exacta, así como su localización sin necesidad de tener que hacer un registro manual y minucioso. Esto mejorará el tránsito en los puestos de control y la seguridad de aeropuertos, edificios gubernamentales, centrales nucleares, etcétera.